光柵傳感器原理

1、關(guān)于光柵傳感器的原理第一張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.1 光柵傳感器的結(jié)構(gòu)光柵傳感器由光源、透鏡、光柵副（主光柵和指示光柵）和光電接收元件組成。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光柵傳感器測(cè)量位移的原理： 當(dāng)標(biāo)尺光柵（主光柵）相對(duì)于指示光柵移動(dòng)時(shí)，形成的莫爾條紋產(chǎn)生亮暗交替變化。利用光電接收元件將莫爾條紋亮暗變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，并用數(shù)字顯示，便可測(cè)量出標(biāo)尺光柵的移動(dòng)距離。第三張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光柵傳感器光源：鎢絲燈泡：輸出功率較大，工作范圍較寬（-40到+130）與光電元件相組合的轉(zhuǎn)換效率低。在機(jī)械振動(dòng)和沖擊

2、條件下工作時(shí)，使用壽命將降低。半導(dǎo)體發(fā)光器件:轉(zhuǎn)換效率高，響應(yīng)快速。 如砷化鎵發(fā)光二極管，與硅光敏三極管相結(jié)合，轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)30%左右。砷化鎵發(fā)光二極管的脈沖響應(yīng)速度約為幾十ns，可以使光源工作在觸發(fā)狀態(tài)，從而減小功耗和熱耗散。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第四張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光柵副：指示光柵主光柵（標(biāo)尺光柵） a+b=W稱(chēng)為光柵的柵距（或光柵常數(shù)）通常情況下，a=b=W/2 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第五張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光電元件 包括有光電池和光敏三極管等部分。在采用固態(tài)光源時(shí)，需要選用敏感波長(zhǎng)與光源相接近的光敏元件，以獲得高的轉(zhuǎn)換效率。在光敏元件的輸出

3、端，常接有放大器，通過(guò)放大器得到足夠的信號(hào)輸出以防干擾的影響。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第六張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.2 莫爾條紋形成的原理橫向莫爾條紋的斜率莫爾條紋間距莫爾條紋的寬度BH由光柵常數(shù)與光柵夾角決定 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第七張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.3 莫爾條紋技術(shù)的特點(diǎn)（1）調(diào)整夾角即可得到很大的莫爾條紋的寬度，起到了放大作用，又提高了測(cè)量精度。（2）莫爾條紋的光強(qiáng)度變化近似正弦變化，便于將電信 號(hào)作進(jìn)一步細(xì)分，即采用“倍頻技術(shù)”。這樣可以提 高測(cè)量精度或可以采用較粗的光柵。（3）光電元件對(duì)于光柵刻線(xiàn)的誤差起到了平均作用?？?線(xiàn)的局部誤差和

4、周期誤差對(duì)于精度沒(méi)有直接的影響。 因此可得到比光柵本身的刻線(xiàn)精度高的測(cè)量精度。 這是用光柵測(cè)量和普通標(biāo)尺測(cè)量的主要差別。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第八張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月徑向光柵進(jìn)行角度測(cè)量 當(dāng)標(biāo)尺光柵相對(duì)于指示光柵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，條紋即沿徑向移動(dòng)，測(cè)出條紋移動(dòng)數(shù)目，即可得到標(biāo)尺光柵相對(duì)指示光柵轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第九張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.4 光柵的光路透射光路反射光路 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）透射式光路1-光源2-準(zhǔn)直透鏡3-主光柵4-指示光柵5-光電元件 此光路適合于粗柵距的黑白透射光柵。 特點(diǎn)：

5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，位置緊湊，調(diào)整使用方便，應(yīng)用廣泛。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十一張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）反射式光路1反射主光柵2-指示光柵3-場(chǎng)鏡4-反射鏡5-聚光鏡6-光源7-物鏡8-光電電池。該光路適用于黑白反射光柵。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十二張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.5 辨向原理單個(gè)光電元件接收一固定點(diǎn)的莫爾條紋信號(hào)，只能判別明暗的變化而不能辨別莫爾條紋的移動(dòng)方向，因而就不能判別運(yùn)動(dòng)零件的運(yùn)動(dòng)方向，以致不能正確測(cè)量位移。如果能夠在物體正向移動(dòng)時(shí)，將得到的脈沖數(shù)累加，而物體反向移動(dòng)時(shí)可從已累加的脈沖數(shù)中減去反向移動(dòng)的脈沖數(shù)，這樣就能得到正確的測(cè)量結(jié)果。上一

6、頁(yè)下一頁(yè)返 回第十三張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月辨向光路設(shè)置在相距的位置上設(shè)置兩個(gè)光電元件1和2，以得到兩個(gè)相位互差90的正弦信號(hào) 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十四張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月辨向電路正向移動(dòng)時(shí)脈沖數(shù)累加，反向移動(dòng)時(shí)，便從累加的脈沖數(shù)中減去反向移動(dòng)所得到的脈沖數(shù)，這樣光柵傳感器就可辨向。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十五張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月上一頁(yè)下一頁(yè)返 回辨向電路各點(diǎn)波形圖第十六張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5.3.6 細(xì)分技術(shù)提高分辨力方法：在選擇合適的光柵柵距的前提下，以對(duì)柵距進(jìn)行測(cè)微，電子學(xué)中稱(chēng)“細(xì)分”，來(lái)得到所需的最小讀數(shù)值

7、。細(xì)分就是在莫爾條紋變化一周期時(shí)，不只輸出一個(gè)脈沖，而是輸出若干個(gè)脈沖，以減小脈沖當(dāng)量提高分辨力。 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十七張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）直接細(xì)分直接細(xì)分又稱(chēng)位置細(xì)分，常用的細(xì)分?jǐn)?shù)為4。四細(xì)分可用4個(gè)依次相距的光電元件，在莫爾條紋的一個(gè)周期內(nèi)將產(chǎn)生4個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，實(shí)現(xiàn)了四細(xì)分。 優(yōu)點(diǎn)：對(duì)莫爾條紋信號(hào)波形要求不嚴(yán)格，電路簡(jiǎn)單，可用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)。缺點(diǎn)：光電元件安放困難，細(xì)分?jǐn)?shù)不能太高。上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第十八張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月上一頁(yè)下一頁(yè)返 回未細(xì)分(a)與細(xì)分(b)的波形比較第十九張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）電阻電橋細(xì)分法（矢量和法）用此信號(hào)去觸發(fā)施密特電路 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電阻電橋細(xì)分法用于10細(xì)分 上一頁(yè)下一頁(yè)返 回第二十一張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于202